Druckinduzierter Phasenübergang in Poly-Sulfobetain-Polymersystemen: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Antifouling-Beschichtungen

• Antragsteller: Professor Dr. Emanuel Schneck
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545656780

Der temperatur-induzierte Kollaps-Phasenübergang von Polymeren mit einer unteren kritischen Lösungstemperatur (lower critical solution temperature, LCST) wird häufig für responsive Materialien und Oberflächenfunktionalisierungen ausgenutzt. Innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs kann der Übergang auch durch Druckänderungen ausgelöst werden. Im Gegensatz dazu sind die Druck- und Temperaturantworten von Polymeren mit einer oberen kritischen Lösungstemperatur (upper critical solution temperature, UCST) noch wenig untersucht, obwohl deren Druckantwort in manchen Fällen in Anbetracht der großen Übergangs-Exzess-Volumen wohl noch stärker ausfallen dürfte. Solch eine ausgeprägte Druckantwort würde diese UCST-Polymere zu vielversprechenden Kandidaten für Antifouling-Anwendungen und druckbasierte Reinigungsprozeduren machen. Ziel des beantragten Projekts ist daher eine umfassende thermodynamische und strukturelle Charakterisierung der Druck- und Temperaturantworten von Poly(Sulfobetain) Polymeren des UCST-Typs, sowohl in Lösung als auch als oberflächen-angebundene Polymer-"Bürsten" (polymer brushes). Dazu kombinieren wir Röntgen- und Neutronen-Streumethoden mit ergänzenden experimentellen Techniken, mit atomistischen Molekulardynamik-(MD)-Simulationen und mit thermodynamischer Modellierung. Daneben möchten wir den Einfluss von Druck und Temperatur auf die Antifouling-Eigenschaften der Polymer-Bürsten untersuchen, quantifiziert durch die Adorption von Proteinen an die Oberfläche sowie deren induzierte Desorption. Das Projekt lebt von den sich hervorragend ergänzenden wissenschaftlichen Profilen und Kompetenzen der beiden Antragsteller Leonardo Chiappisi (L.C.) und Emanuel Schneck (E.S.), nämlich in Bezug auf die Charakterisierung von Polymersystemen und deren Druckantwort auf der einen Seite und in der Charakterisierung komplexer Oberflächenbeschichtungen und deren Wechselwirkung mit Biomakromolekülen auf der anderen Seite. Darüber hinaus befördert das Projekt die interdisziplinäre Zusammenarbeit von zwei Wissenschaftlern aus der Chemie (L.C.) und aus der Physik (E.S.). Und schließlich kann das Projekt auch einen großen Beitrag leisten zur Ausbildung der nächsten Generation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die das große Potential der Deutschen und Europäischen Neutronenquellen in Zukunft voll auszuschöpfen vermögen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Leonardo Chiappisi